Identification des mécanismes responsables de l'effet fertilisant des fuites d'hydrogène des légumineuses pour améliorer la santé et la productivité des agroécosystèmes

La rotation des cultures est une pratique courante pour maintenir les agroécosystèmes productifs, mais elle demeure néanmoins énigmatique à plusieurs égards puisque les mécanismes contribuant aux bénéfices observés sont en grande partie inconnus. L’apport en azote par les légumineuses est effectivement insuffisant pour expliquer les gains de productivité des cultures en rotation. L’effet de rotation repose plutôt sur de multiples facteurs, incluant les fuites d’hydrogène moléculaire (H2) émises dans le sol par les bactéries fixatrices d’azote symbiotiques des légumineuses. Cette production d’H2 est couramment perçue comme une inefficacité de la symbiose en raison de la perte d’énergie occasionnée par la réaction. Pourtant, les quelques 240 000 litres d’H2 par hectare émis par les plantes légumineuses durant une saison de production contribuent de manière appréciable à l’effet de rotation en augmentant jusqu’à 45% le rendement des cultures. Les mécanismes responsables de ces gains de productivité étant inconnus, il est difficile de mettre en place des pratiques agricoles maximisant l’effet fertilisant de l’H2. Ce projet de recherche réunit des experts en agronomie, en microbiologie et en écologie pour faire la démonstration que l’H2 exerce un effet d’amorçage dans le sol, accélérant la dégradation de la matière organique et mobilisant les éléments nutritifs. Les travaux impliqueront d’une part la mise en place d’un dispositif expérimental original permettant une analyse pulse-chase des exsudats racinaires dans des symbioses soya-rhizobium dont la production d’H2 aura été manipulée génétiquement. Ceci permettra une première quantification et une définition sans équivoque du type d’effet d’amorçage induit par l’H2. Un second volet des travaux vise l’identification des facteurs biotiques et abiotiques du sol modulant l’intensité de l’effet fertilisant de l’H2. Ces travaux impliqueront une suite de campagnes d’échantillonnage de sols agricoles ainsi que des expérimentations où la composition de l’atmosphère et le contenu du sol en carbone organique seront contrôlés. Cette étude procurera des résultats inédits en révélant des interactions insoupçonnées entre les cycles de l’H2, du carbone et de l’azote. La recherche mettra également en évidence le rôle des émissions de gaz à l’état de trace provenant de la biomasse végétale souterraine dans la formation des assemblages microbiens et de leur fonctionnement dans un contexte d’agriculture durable.